Jump to content

    

Фликкер-шум АЦП

Раньше не имел дела с высокочастотными АЦП.

Использую LT2321-16 https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/LTC2321-16.pdf

На закороченных входах получаю вот такой спектр при частоте дискретизации 1МГц. Понятно, что шум 1/f всегда присутствует, но здесь мощность и угловая частота шума по-моему слишком великовата.

Поделитесь пожалуйста своими наблюдениями из опыта использования АЦП со схожими характеристиками. Нормально ли получить такие шумы? От чего зависит поведение таких АЦП на DC? Что-то даташит на тему шумов в низкочастотной области молчит. 

Можно ли косвенно судить о НЧ шумах по гистограмме DC Histogram на странице 6 даташита?

На картинке амплитуда приведена к входу +-10В, опора 2.5В, т.е. значения амплитуды нужно поделить на 8.

image.thumb.png.e168e19e96d2bf1e03e16e039ca0e2f8.png

Заранее спасибо за ответы.

Share this post


Link to post
Share on other sites
31 minutes ago, Муравей said:

Можно ли косвенно судить о НЧ шумах по гистограмме DC Histogram на странице 6 даташита?

по ней можно посчитать СКЗ шума в единицах МЗР, а для оценки спектра шума лучше пользоваться стандартной методикой

ЗЫ шум преобразования определяется не только самим АЦП, но в том числе и источником тактового сигнала

Share this post


Link to post
Share on other sites
2 minutes ago, vervs said:

по ней можно посчитать СКЗ шума в единицах МЗР, а для оценки спектра шума лучше пользоваться стандартной методикой

ЗЫ шум преобразования определяется не только самим АЦП, но в том числе и источником тактового сигнала

На сколько я понимаю джиттер тактового сигнала оказывает большее влияние как раз наоборот на высоких частотах. На DC он не должен сказываться...

Share this post


Link to post
Share on other sites
4 hours ago, Муравей said:

Поделитесь пожалуйста своими наблюдениями из опыта использования АЦП со схожими характеристиками. Нормально ли получить такие шумы? От чего зависит поведение таких АЦП на DC? Что-то даташит на тему шумов в низкочастотной области молчит. 

Можно ли косвенно судить о НЧ шумах по гистограмме DC Histogram на странице 6 даташита?

На картинке амплитуда приведена к входу +-10В, опора 2.5В, т.е. значения амплитуды нужно поделить на 8.

image.thumb.png.e168e19e96d2bf1e03e16e039ca0e2f8.png

Заранее спасибо за ответы.

 

хотите аккуратное DC - берите медленные сигма-дельта АЦП, у которых чоппер-стабилизация в предусилителях.

косвено по гистограмме судить можно, только вот на этой гистограмме из даташита набрано всего ~50k отсчётов, что на 2Мспс всего 25мс или 40Гц.

можно пересчитать эти 2 lsb среднеквадратичного шума с гистограммы из даташита при 40Гц в ваши полученные мкВ.

 

а можно тоже понабирать такие же гистограммы шума по 1000, 10000, 100000, 1000000 отсчётов. по распределению возможно лучше будет видно что за шум если действительно что-то не так.

 

а то многовато что-то получилось частота среза 1/f шума под килогерц. хотя если в даташите по НЧ шумы привести постеснялись, возможно так оно и есть :)

Share this post


Link to post
Share on other sites
В 29.11.2019 в 16:12, Муравей сказал:

От чего зависит поведение таких АЦП на DC?

1. От усилителя по входу и его согласования. Пока можно исключить, если вход закорочен;

2. От собственных шумов входного тракта УВХ + нелинейности АЦП, на которой модулируются эти шумы;

3. От шума источника опорного напряжения, в данном случае - 2.5 В;

4. От шумов питания и способности АЦП противостоять им (PSRR).

 

В 29.11.2019 в 16:12, Муравей сказал:

Поделитесь пожалуйста своими наблюдениями из опыта использования АЦП со схожими характеристиками.

АЦП с архитектурой SAR имеют достаточно низкие собственные шумы, по сравнению с каскадными. Но, что касается LTС2321-16, нельзя назвать его малошумящим. Шумы в дальней зоне, за фликкерной, в лучшем случае можно получить 80дБ + 10*log(1e6) = -140дБ/Гц (уровень шума от полной шкалы, приведенный к полосе 1Гц). Возьмем для сравнения LTC2387-18, у него шумы в дальней зоне можно получить 95.6дБ + 10*log(7.5*10e6) = -164дБ/Гц. Судя по всему, в LTC2321 не ставили задач получения низких шумов, ни в дальней, ни в ближней (фликкер) зоне.

 

В 29.11.2019 в 16:12, Муравей сказал:

На закороченных входах получаю вот такой спектр при частоте дискретизации 1МГц.

Можете нарисовать в лог-масштабе по Y (20*logU)?

Share this post


Link to post
Share on other sites
On 11/30/2019 at 9:01 PM, rloc said:

Можете нарисовать в лог-масштабе по Y (20*logU)?

image.thumb.png.dd5028595de677eed5aa3309a7f12055.png

On 11/30/2019 at 9:01 PM, rloc said:

 

АЦП с архитектурой SAR имеют достаточно низкие собственные шумы, по сравнению с каскадными. Но, что касается LTС2321-16, нельзя назвать его малошумящим. Шумы в дальней зоне, за фликкерной, в лучшем случае можно получить 80дБ + 10*log(1e6) = -140дБ/Гц (уровень шума от полной шкалы, приведенный к полосе 1Гц). Возьмем для сравнения LTC2387-18, у него шумы в дальней зоне можно получить 95.6дБ + 10*log(7.5*10e6) = -164дБ/Гц. Судя по всему, в LTC2321 не ставили задач получения низких шумов, ни в дальней, ни в ближней (фликкер) зоне.

 

Да, похоже Вы правы. LTС2321-16 был выбран в основном из-за удобного интерфейса.

Share this post


Link to post
Share on other sites

По лог-масштабу кажется наклон немного больше 10дБ/дек (1/f), для более точной оценки не хватает времени накопления. Отличия от 10дБ/дек могут быть связаны с влиянием шумов ИОН, питания (LDO, DC-DC) и температурными флуктуациями. Последние можно исключить, если термоизолировать плату АЦП (завернуть в одеяло или положить в сосуд Дьюара).

Share this post


Link to post
Share on other sites

Схему показали бы. Опорное напряжение внутреннее? Питание шумное? И т.п. 

Share this post


Link to post
Share on other sites
12 minutes ago, ViKo said:

Схему показали бы. Опорное напряжение внутреннее? Питание шумное? И т.п. 

Опорник внешний ADR421. Питание и опорное напряжения проверял на шумность, - ниже получаемых шумов АЦП в низкочастотной области.

Есть один "неподаташитный" момент при стыковке АЦП с DSP. В момент высокого уровня сигнала CNV делаю один лишний такт клока. Думаю это не должно влиять, так как само преобразование начинается сразу после отрицательного фронта CNV.

Мне этот такт нужен чтобы сдружить интерфейс АЦП и serial port.

Share this post


Link to post
Share on other sites
2 часа назад, Муравей сказал:

В момент высокого уровня сигнала CNV делаю один лишний такт клока.

DSP не шумит в низкочастотной области при формировании клока?

Share this post


Link to post
Share on other sites
2 minutes ago, rloc said:

DSP не шумит в низкочастотной области при формировании клока?

Под шумом Вы имеете ввиду джиттер? Частотомер показывает джиттер сигнала CNV 300 ps.

В даташите рекомендуют сигнал CNV делать с малым джиттером и с временем спада не более 1ns. Может ли к такому поведению приводить увеличенное время спада сигнала CNV?

Share this post


Link to post
Share on other sites
15 минут назад, Муравей сказал:

Под шумом Вы имеете ввиду джиттер?

Думаю, как джиттер приборы не покажут низкочастотный шум.

Share this post


Link to post
Share on other sites
On 11/30/2019 at 9:01 PM, rloc said:

Шумы в дальней зоне, за фликкерной, в лучшем случае можно получить 80дБ + 10*log(1e6) = -140дБ/Гц (уровень шума от полной шкалы, приведенный к полосе 1Гц)

Проясните пожалуйста, откуда взяли 80дБ и откуда наклон 10дБ на декаду?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Можно попробовать подать питание АЦП и опорного источника через LC фильтры. Посмотреть, станет ли лучше.

Share this post


Link to post
Share on other sites
54 минуты назад, Муравей сказал:

откуда взяли 80дБ

SNR из даташита для входной частоты 500кГц и Vref=2.5В Из другого графика видно, что он постоянен при любой входной частоте. SNR приводится для полосы Найквиста.

 

54 минуты назад, Муравей сказал:

откуда наклон 10дБ на декаду?

1/f = 10дБ/дек, 1/f^2 = 20дБ/дек и т.д. По фликкер-шумам АЦП есть хорошая статья Энрико Рубиолы:

Noise Characterization of Analog to Digital Converters for Amplitude and Phase Noise Measurements

В статье рассматриваются механизмы образования собственного шума на произвольной входной частоте (включая DC) на примере каскадного АЦП, но по теории и на практике аналогичные результаты получаются для SAR АЦП. Для простоты можно считать, что для любого полупроводникового элемента собственный шум близок к 1/f в ближней зоне.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now